木粉与化机浆配抄轻型纸的研究
2010-01-05王洪振赵传山于淑慧
王洪振，赵传山，于淑慧
（山东轻工业学院制浆造纸科学与技术教育部重点实验室，山东济南 250353）
木粉与化机浆配抄轻型纸的研究
王洪振，赵传山，于淑慧
（山东轻工业学院制浆造纸科学与技术教育部重点实验室，山东济南 250353）
该文研究了在针叶木化机浆中添加不同比例的木粉对成纸定量、抗张强度、松厚度和白度等物理指标的影响。结果表明：随着木粉添加比例的增大，成纸的抗张指数逐渐下降，松厚度逐渐增大，白度有所下降。
木粉；纸张；化学机械浆；抗张强度；松厚度
木粉是植物纤维的一种，主要成分是木质纤维，由纤维素、半纤维素、灰分和木质素等组成。木粉含有大量的极性羟基官能团，表现出强烈的极性和亲水性，其亲水性高达8%～10%，导致木粉具有耐腐蚀性和界面润湿性，并且界面黏合作用较差，机械强度较低，所以在作生产原料时，需先将其改性。木粉来源广泛、价格低廉，广泛应用于玻璃纤维、木塑复合材料和新型木粉复合材料等领域。同时，木粉质地疏松，表面积大，吸湿力强，透气性好，耐腐蚀及抑菌力强，因此，木粉是最理想的栽培基质[1-7]。
本文就针叶木化机浆中添加木粉后对纸张物理性能的影响作了研究。
1 实验
1.1 材料
木粉：自选，40目；木粉加工的原料可以是木屑、碎木片、刨花等，经过干燥、粉碎等加工而得到。传统木粉加工主要包括以下几个工序：（1）粗筛选；（2）干燥；（3）磁选；（4）制粉；（5）精选[8-9]。
阳离子淀粉溶液：质量分数为0.2%，备用。
针叶木化机浆：商品浆。
1.2 仪器
瓦利打浆机，电动搅拌器，打散器，电子天平，凯赛法PFI抄片器，纸与纸板抗张试验机（ZL-100A），白度测定仪（YQ-Z-48B），纸张厚度计测定仪（ZHD-4型），恒温水浴锅，环境扫描电镜（Quanta-200型）。
1.3 方法
1.3.1 打浆
取实验室现有针叶木化机浆浆板，以浆浓为2%，利用瓦利打浆机进行打浆，将纸浆打至预定打浆度。
1.3.2 纸页抄造
初步设定纸张的定量为60 g/m2，即需绝干浆为1.884g。按实验方案（表1）中木粉添加比例计算的木粉添加量分别为：0.094 2 g、0.188 4 g、0.282 6 g和 0.376 8 g。
根据实验方案，利用电子天平分别称取浆料1.884 g、1.789 8 g、1.695 6 g、1.601 4 g 和 1.507 2 g；然后按照实验方案利用电子天平分别称取相应比例的木粉。将木粉和浆料混合，利用打散器打散至混合均匀，然后加入w（阳离子淀粉）=0.2%溶液5 mL，使用电动搅拌器再次分散，使木粉、纤维和阳离子淀粉充分接触，最后抄纸，干燥。
表1 实验方案设计
1.4 项目测定
定量按GB/T 451.2—1989测定；松厚度按GB/T 451.3—1989测定；抗张强度按GB/T 453—1989测定；白度按QB/T 2804—2006测定[10]。
2 结果与讨论
2.1 木粉不同添加比例对纸张抗张强度的影响
图1和图2分别为木粉不同添加比例对纸张定量和抗张性能的影响。
图1 木粉不同添加比例对纸张定量的影响
图2 木粉不同添加比例对纸张抗张性能的影响
由图2可以看出，随着木粉添加量的增加，纸张抗张指数逐步下降。抗张强度是指在规定的条件下，纸或纸板所能承受的最大张力，即测定试样承受纵向负荷而断裂时的最大负荷。为了消除定量带来的不稳定因素，采用抗张指数来表示纸张的抗张性能[10]。
2.2 木粉不同添加比例对纸张松厚度的影响
图3和图4分别为木粉不同添加比例对纸张松厚度的影响和添加木粉前、后纸张的扫描电镜图。
图3 木粉不同添加比例对纸张松厚度的影响
图4 添加木粉前、后纸张的扫描电镜图
由图3和图4可见，向纸浆中添加40目的木粉，纸的松厚度有所上升。这是由于木粉的形状、粒径的大小所致。
木粉形态较大且不规则，木粉与木粉、木粉与纤维之间结合的强度不同。纤维与纤维之间本来会有一定的空隙，木粉的加入使得纤维之间的结合减少，而且当木粉与木粉、木粉与纤维结合时造成更多的空隙，从而使抄成的纸张具有高的松厚度。
通过向纸中添加木粉提高纸的松厚度，可以减轻页数相同的书的质量，便于携带、搬运；或者说，在质量相同情况下，可以增加书的页数，这是其优点。另外，相同厚度下纸张质量轻，纸浆的用量减少（见图5），相应地可以节约木材资源，减少运输时的能源消耗，与此相伴的是减少二氧化碳的排放量，对保护环境和节约资源有利。如果纸的厚度相同，就可以选择更轻的纸，以质量为单位进行纸的交易时，就可以减少顾客的购纸成本[11]。
图5 相同厚度下高松厚度轻型纸原料的减少量
2.3 木粉不同添加比例对纸张白度的影响
图6为木粉不同添加比例对纸张白度的影响。
图6 木粉不同添加比例对纸张白度的影响
由图6可看出，随着木粉添加量的逐渐增多，纸张的白度大体上是逐步下降的，但下降的幅度较小。影响纸张白度降低的因素主要有以下几方面。
纸浆的白度本身并不高，这是导致成纸的白度比较低的主要原因。
其次，木粉的加入减少了纤维之间的结合面积和结合强度，而且木粉未经过漂白处理，含有大量的木素，木素对光的吸收较强，导致纸页的吸收系数增大、散射系数减小。木素含有羰基或者含有羰基及其共轭双键结构是导致木素生色的一个重要原因。
对含有一定水分的湿纸页进行干燥，随着湿纸页中水分的不断蒸发，纸页中水分逐渐减少，当湿纸页水分降至55%时，纤维与纤维、纤维与木粉之间的氢键逐渐形成，纸页逐渐收缩，紧度提高，纤维之间的结合面积逐渐增加。随着干燥过程的继续进行，纤维之间的结合面积不断增加。为此，纸页的干燥过程增加了纤维之间的光学接触面积，降低了非光学接触面积，从而进一步降低了纸张白度。
3 结论
（1）向针叶木化机浆中添加木粉，随着添加比例的增加，成纸的纸抗张指数逐渐下降（但还能满足要求），松厚度逐渐增大，白度有所下降。
（2）当木粉添加比例分别为15%和20%时，纸张的上述物理指标基本相近，但考虑到抗张性能，木粉的最佳添加比例为15%。
（3）木粉来源广泛，价格低廉，应用性能非常好，可以降低企业的生产成本，对企业的发展有利；而且木粉有着较好的吸光系数，可以减少进入人眼的光线，减缓长期看书带来的疲劳，对保护视力有一定的帮助。
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Study on Light Paper Manufacture with CMP and Wood Powder
WANG Hong-zhen，ZHAO Chuan-shan，YU Shu-hui
（Key Laboratory of Pulp and Paper Science and Technology of Shandong Province，Shandong Institute of Light Industry，Ji’nan 250353，China）
The effects of adding wood powder in softwood chemi-mechanical pulp on paper basis weight, tensile strength，bulkiness and whiteness were investigated.The results show that increasing the mass ratio of wood powder lowers the tensile strength,enhances the bulkiness and slightly decreases the whiteness of paper.
wood powder；paper；CMP；tensile strength；bulkiness
TS761
A
1007-2225（2010）01-0036-04
2009-12-09（修回）
王洪振先生（1985-），制浆造纸工程08级研究生；研究方向：功能纸与造纸化学品；E-mail：wanghongzhen0@126.com。
本文文献格式：王洪振，赵传山，于淑慧.木粉与化机浆配抄轻型纸的研究[J].造纸化学品，2010，22（1）：36-39.
